PET-scanonderzoek heeft belangrijke implicaties voor toekomstig onderzoek naar aandoeningen zoals schizofrenie, verslaving en de ziekte van Parkinson.
Een onderzoek door wetenschappers van het Imperial College London heeft een ongekend inzicht gegeven in de rol van de natuur en het spel in ons gedrag, met belangrijke implicaties voor toekomstig onderzoek naar aandoeningen zoals schizofrenie, verslaving en de ziekte van Parkinson.
Dr. Paul Stokes van de Afdeling Geneeskunde en zijn collega's hebben meer dan drie jaar lang hersenscans uitgevoerd op tweelingen, waarbij de functie van de chemische stof dopamine in de hersenen werd gemeten. Dopamine staat bekend als de 'plezierchemische stof' omdat het in combinatie met beloning in de hersenen vrijkomt. "Wanneer mensen een medicijn nemen of alcohol drinken, is de reden dat ze een gevoel van plezier of beloning krijgen, omdat dopamine vrijkomt", zegt Stokes. Deze chemische beloning stuurt ons gedrag en helpt ons te leren. "Dopamine is erg belangrijk voor normale processen in de hersenen, maar ook voor abnormale processen."
De afgifte van dopamine in de hersenen varieert van iedereen, maar zeer hoge of lage hoeveelheden worden geassocieerd met psychische aandoeningen: overmatige dopamine-afgifte komt voor bij mensen met schizofrenie, terwijl er maar heel weinig wordt gezien bij mensen met alcohol- en drankstoornissen. Er wordt ook gedacht dat een tekort aan dopamine-functie het traag werkende geheugen van mensen met de ziekte van Parkinson veroorzaakt.
Neurowetenschappers zijn nog steeds aan het afleiden of deze veranderingen in dopamine-activiteit de oorzaak zijn van een psychische aandoening of het gevolg daarvan, maar een van de meest dringende mysteries om op te lossen is of ze geërfd zijn of niet. Zoals we nu weten dat schizofrenie kan worden geërfd, is er veel belangstelling voor de mogelijkheid dat disfunctionele dopamineactiviteit ook in gezinnen kan voorkomen. Het antwoord zal van grote invloed zijn op de manier waarop dergelijke ziekten in de toekomst zullen worden behandeld. "Begrijpen hoe genen en het milieu van invloed zijn op het dopamine-systeem is erg belangrijk", zegt Stokes.
Het striatum bevindt zich nabij het centrum van de hersenen. (Beeld: Life Science Databases (LSDB))
Dopamine doet het grootste deel van zijn werk in een deel van de hersenen dat striatum wordt genoemd, een ronde knobbel die bijna in het midden van je hersenen ligt begraven. "Het striatum is een redelijk klein deel van de hersenen, maar ook erg belangrijk voor beloning, emotie en een aantal cognitieve functies", legt Stokes uit. Het striatum bestaat uit drie delen met verschillende verantwoordelijkheden. De limbische striatum gastheren dat gevoel van beloning en de motivatie die het biedt. Het associatieve striatum bestuurt het werkgeheugen en andere denkprocessen, terwijl het sensorimotorische striatum de bewegingen regelt. Stokes en zijn collega's beschouwden elk van de drie delen afzonderlijk.
Hun innovatieve onderzoeksopzet betrof een variant van de PET-scan. PET detecteert kleine hoeveelheden radioactiviteit in het lichaam van een persoon met een hoge resolutie, waardoor een reeks "plakjes" ontstaat die kunnen worden samengevoegd tot een 3D-model. De radioactiviteit is afkomstig van een tracer die in de patiënt is geïnjecteerd. In deze studie gebruikten de wetenschappers F-DOPA, een chemische stof die fungeert als een marker voor de dopaminefunctie. F-DOPA wordt in de hersenen omgezet in dopamine, overal waar dopamine wordt afgegeven, dus de PET-scans onthulden waar en hoeveel dopamine-activiteit er gaande was in de hersenen van de tweeling.
Kijken naar een tweeling biedt informatie over erfenis die vaak op een andere manier onbereikbaar is. Omdat identieke tweelingen precies hetzelfde DNA hebben, hebben de verschillen ertussen niets met hun genen te maken. U kunt inschatten hoeveel van een eigenschap, zoals lengte of intelligentie, wordt geërfd door na te gaan hoe vergelijkbaar het is in een tweeling. Hoogte is bijvoorbeeld zeer erfelijk - tweelingen zijn meestal ongeveer even lang - terwijl intelligentie vrij erfelijk is en tweelingen vaak verschillende IQ's hebben.
Zoals de meeste tweelingstudies, vergeleek deze identieke en niet-identieke tweelingen. Niet-identieke tweelingen delen 50 procent van hun DNA, net als elk ander broer- of zuspaar, maar zijn een betere vergelijking met een eeneiige tweeling omdat ze ook tegelijkertijd worden geboren. Stokes en zijn collega's vergeleken de dopaminefunctie in de hersenen van de tweelingparen en gebruikten statistische modellen om te schatten hoeveel van het verschil te wijten was aan hun genen en hoeveel te wijten was aan milieueffecten.
Ze bereikten twee hoofdconclusies. Ten eerste hebben de genetische overerving en de individuele ervaringen die elk van ons uniek maken een belangrijke invloed op de dopaminefunctie in het striatum. "Dit zijn normaal ervaringen die een beetje later in het leven, in de puberteit of vroege volwassenheid gebeuren", legt Stokes uit. Daarentegen hebben factoren in de familiale omgeving, zoals de ervaring van het delen van een huis en samen opgroeien, weinig of geen invloed.
Ten tweede wordt het limbische striatum - het deel dat centraal staat in beloning en motivatie - veel meer beïnvloed door die ervaringen dan de andere delen. Dit suggereert, intrigerend, dat het pleziercentrum en het gedrag dat het begeleidt voornamelijk wordt gevormd door levenservaringen in plaats van door onze genen. Dit daagt eerdere aannames uit dat de dopaminefunctie rechtstreeks zou kunnen worden geërfd, waardoor de oorzaken van schizofrenie en verslaving nog mysterieuzer worden.
Stokes hoopt dat deze bevindingen toekomstig onderzoek zullen vormen met behulp van dergelijke hersenverbeeldingstechnieken. "Wat ik zou willen doen, is proberen PET nuttiger te maken in termen van diagnose, behandeling en uitkomstmaten." Als adviseur-psychiater voor een groot gemeenschapsteam voor geestelijke gezondheid in West-Londen, wil Stokes dat zijn beeldvormende onderzoeken worden meegenomen in zijn klinische zorg. Door patiënten uit zijn kliniek in zijn studies op te nemen, wil hij dat zij de eersten zijn die profiteren van de vooruitgang in de wetenschappelijke diagnose en therapie die het resultaat is van zijn onderzoek.
Dit onderzoek werd ondersteund door een subsidie van de Medical Research Council en gepubliceerd in het tijdschrift Neuropsychopharmacology.
Referentie
PRA Stokes et al. "Natuur of nurture? Bepaling van de erfelijkheid van humane striatale dopamine-functie: een [18F]-DOPA PET-onderzoek ” Neuropsychopharmacology vooraf online publicatie 24 oktober 2012; doi: 10.1038 / npp.2012.207
;
